Вояж «Вояджера-2»: когда второй не значит последний

Начав свое космическое путешествие немногим раньше «Вояджера-1», «Вояджер-2» все же получил второй порядковый номер в миссии. Несколько замедленная скорость полетной траектории, тем не менее, позволила «Вояджеру-2» побывать вблизи большего количества планет нашей гелиосферы.

Идентичный «Вояджеру-1» по своей программно-технической части, второй номер прошел уникальный путь, о котором мы расскажем в заключительной части серии статей, посвященных космической программе «Вояджер».

Измерения космического фона и магнитного поля

В предыдущих публикациях, посвященных «Вояджерам», мы рассказывали, как работает связь в глубоком космосе и какими компьютерами оснащались аппараты. Однако совсем без внимания осталось оборудование, которое предназначалось для изучения межзвездной среды, окружающей «Вояджер», в частности слабых флуктуаций магнитного поля, космических лучей, частиц низкой энергии и плазмы. Показатели этих величин позволили астрофизикам получить более точную картину радиационного фона внутри и снаружи Солнечной системы, а также информацию о магнитосферах Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Для измерения магнитного поля «Вояджер» использует четыре магнитометра: два высокопольных и два низкопольных. Прибор представляет собой совокупность трех феррозондовых магнитометров, намотанных вокруг кольцевидного ферромагнитного сердечника, которые дают картину изменения напряженности магнитного поля по трем пространственным осям. Изменения магнитного поля вблизи планет и лун, мимо которых пролетал «Вояджер», позволили специалистам NASA создать трехмерную модель распределения магнитного поля в границах нашей гелиосферы.

Малая мощность, необходимая магнитометрам, установленным на «Вояджерах», позволила бы им измерять уровень магнитного поля в межзвездной среде еще на протяжении десятков лет. Но уже в течение нескольких лет уровни магнитных флуктуаций снизятся до таких энергетических пределов, что их больше не сможет улавливать научное оборудование зонда.

Для измерения уровня космических лучей «Вояджер-2» использует систему CRS (Cosmic Ray Subsystem). Она позволяет ему измерять энергетический спектр поступающих на датчик электронов в диапазоне от 3 до 110 МэВ.

Работа системы CRS обслуживается с помощью трех подсистем:

1. Системы телескопов высоких энергий (HETS).
2. Системы телескопов низких энергий (LETS).
3. Электронного телескопа (TETS).

CRS — самый чувствительный прибор из расположенных на «Вояджере», что позволяет ему измерять энергетические спектры и состав ядер космических лучей в диапазоне энергий от 1-500 МэВ/ядро. Благодаря этому CRM, в частности, сумел проанализировать состав солнечного ветра, обнаружив присутствие в нем атомов азота, гелия, углерода и кислорода. Именно изменение уровня галактических космических лучей, улавливаемых CRS, позволило в ноябре-декабре 2018 года зафиксировать выход «Вояджера-2» за пределы нашей Солнечной системы.

Для улавливания заряженных частиц с низкой энергией «Вояджер» использует систему LECP (Low Energy Charged Particle), представленную двумя приборами:

1. LEMPA (Low Energy Magnetospheric Particle Analyzer) — анализатор низкоэнергетических магнитосферных частиц. Внутри анализатора располагается магнит из спеченного кобальта и редких металлов, который отфильтровывает приходящие на него частицы низкой энергии, перенаправляя ионы и протоны на свой альфа-детектор полной энергии и отклоняя частицы средней и низкой энергии в бета- и гамма-детекторы. LEMPA предназначался для поиска и фиксации частиц низкой энергии вблизи планет и лун, которые пролетал «Вояджер», и способен фиксировать энергию до 12 кэВ (килоэлектронвольт).
2. LEPT (Low Energy Particle Telescope) — телескоп, улавливающий низкоэнергетические частицы. По своей технической реализации LEPT представляет собой набор твердотельных детекторов для измерения распределения заряда ядер с низкой и средней энергией. Низкоэнергетический телескоп предназначался для поиска межпланетных и межзвездных низкоэнергетических частиц.

На «Вояджере» функционирует система из четырех приборов — PLS (Plasma Science Experiment), которая фиксирует ионы и электроны с низкой энергией, преобладающие в космической плазме. Три плазменных детектора системы PLS направлены на Землю к исходящему от Солнца потоку солнечного ветра, а четвертый установлен под прямым углом к этому направлению.

Послание землян

Перед запуском «Вояджеров» в самые отдаленные уголки нашей Солнечной системы в NASA подумали и о создании информационного послания, в случае если космический аппарат на своем пути будет перехвачен внеземными цивилизациями. В качестве космического «письма в бутылке» в NASA решили использовать позолоченный видеодиск, который прикрепили к внешнему основанию корпуса обоих «Вояджеров».

На пластине закодировано 115 слайдов, иллюстрирующих жизнь на Земле. В качестве музыкального наполнения записано все разнообразие земных звуков: шум прибоя, шелест ветра, плач ребенка, шепот матери, грохот от землетрясения и извержения вулкана, раскаты грома. На диске есть и записи голосов различных зверей и птиц. Музыкальное наследие человеческой цивилизации представлено произведениями Баха, Моцарта и Бетховена, джазовыми композициями Луи Армстронга и другой национальной музыкой народов, населяющих Землю. В 2015 году в NASA приняли решение предоставить общественности полное собрание записей, размещенных на золотых дисках обоих «Вояджеров». С их аудионаполнением можно ознакомиться на Soundcloud-странице агентства.

В двоичном коде, которым запрограммирован диск, указывалось даже расположение Земли в нашей Галактике. В качестве точек-ориентиров на этом маршруте NASA взяло координаты расположения 14 пульсаров — сильно намагниченных и чрезвычайно быстро вращающихся нейтронных звезд, излучающих вследствие своего вращения большое количество космической радиации из основания своих полюсов.

Для того чтобы определить расположение нашей Земли по отношению к 14 пульсарам, инопланетянам предлагалось использовать меру в 1420 МГц. Именно в этом диапазоне излучает сверхтонкая молекулярная структура самого распространенного вещества в наблюдаемой нами материальной Вселенной — водорода.

Возможно, «Вояджеры» будут блуждать в нашей Вселенной еще не один миллиард лет. Вместе с пройденным временем возрастает и шанс того, что однажды эта, без сомнения, романтическая идея NASA все-таки найдет своего конечного адресата.

Результаты миссии «Вояджера-2»

Вспомним путь, пройденный «Вояджером-2». Для этого мы составили краткий список из наиболее запоминающихся открытий, которые космический аппарат сделал за годы своего вояжа.

• 20 августа 1977 года — старт «Вояджера-2» на ракете-носителе «Титан-Центавр» (Titan IIIE).
• 9 июля 1979 года зонд вплотную приблизился к Юпитеру (71 400 км) и пролетел в непосредственной близости от Европы и Ганимеда, получив уникальные снимки и мониторинговые данные у поверхности лун. «Вояджер-2» смог исследовать атмосферу спутника Юпитера — Ганимеда. Зонд определил ее плотность и химический состав, а также обнаружил на поверхности небесного тела плотную кору, состоящую из грязи и льда.
• 25 августа 1981 года «Вояджер-2» пролетел в минимальном отдалении от Сатурна (101 000 км). Его траектория также прошла около спутников Сатурна — Тефии и Энцелада, что позволило получить снимки потрясающей детализации их планетарного рельефа.
• «Вояджер-2» вошел в систему Урана в январе 1986 года. 24 января аппарат подлетел на наиболее близкую дистанцию к планете, которая составила 81 800 км, и сделал анализы атмосферы Урана, зафиксировав движение гигантского слоя планетарных облаков.

• Войдя в звездную систему Нептуна, «Вояджер-2» смог приблизиться к планете на дистанцию в 5000 км, обнаружив в ее экваториальной зоне гигантское пятно, диаметр которого превышал диаметр Земли вдвое. Исследователи заключили, что данное пятно является воронкой одного из самых крупных атмосферных антициклонов в нашей системе, скорость ветра внутри которого достигает 2400 км/час. «Вояджер-2» обнаружил и четыре ранее неизвестных спутника Нептуна и смог исследовать спутник Сатурна — Тритон, на поверхности которого была зафиксирована гейзерная активность, считавшаяся несвойственной для столь удаленных от Солнца объектов.

• Встреча с Нептуном стала последней встречей «Вояджера-2» с планетой в нашей Солнечной системе, так как гравитационное поле Нептуна изменило курсовую траекторию зонда. В результате этого события «Вояджер-2» отклонился от плоскости эклиптики и окончательно потерял возможность выйти на орбитальные траектории планет Солнечной системы. Аппарат начал медленно отдаляться от Нептуна и 10 декабря 2018 года пересек границу гелиопаузы, выйдя в межзвездное пространство.
• В 2019 году в научном журнале Nature Astronomy опубликовали цикл статей, посвященных деятельности зонда в межзвездном пространстве. В частности, NASA были представлены данные, полученные с детекторов магнитного поля, регистров низкоэнергетических частиц, космических лучей и межзвездной плазмы.

В настоящее время «Вояджер-2» и его брат-близнец «Вояджер-1» медленно отдаляются от внешних границ Солнечной системы. Сегодня на обоих зондах в рамках мер по экономии энергии уже отключено большинство научных установок и систем для проведения астрономических экспериментов. Однако, как бы в NASA ни старались продлить срок службы «Вояджеров», связь с ними, скорее всего, прервется уже в 2025 году. Космические аппараты навсегда останутся блуждать в космосе, являя собой физическое воплощение неуемной тяги человеческого гения к познанию.